磷石膏制硫酸联产水泥工艺

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提高资源综合利用率， 提高资源综合利用率，实现磷铵行业可持续发展
磷石膏制硫酸联产水泥工艺简介 唐山黎河实业有限公司 河北 遵化
一、 项目背景 1、我国磷铵行业迅猛发展 、 我国化肥工业在 70 年代发展很快，但氮、磷比例失调。 1988 年 6 月，国务院决定大力提高化肥生产能力，并集资 65 亿元专项资金增产化肥，重点是磷铵和重钙。 磷肥工业经过多年的发展， 产量、 消费量均居世界第一， 已形成设计、科研、设备制造、施工安装、生产销售等一套 完整的工业体系。近几年，磷铵行业更是迅猛发展，2005 年 磷肥产量超过美国，成为世界第一磷肥生产大国，2006 年底 形成 900 万吨（实物）磷酸二铵生产能力，到 2007 年底将 达到或超过 1100 万吨，2007 年我国磷肥工业又有一个新的 巨大变化， 磷肥的出口量大于进口量， 成为磷肥的净出口国， 这是我国磷肥工业标志性变化的一年。 2、硫酸是生产磷铵的重要原料之一 、 每吨磷铵消耗约 1.5 吨硫酸， 硫酸号称 “无机工业之母” ， 也是最基本的无机化工原料，用于生产硫酸的原料主要为硫 磺、硫铁矿及其他含硫物质，包括磷石膏及含硫有色金属矿 物冶炼。我国硫资源严重短缺，目前，我国硫酸的表观消费
量在 5600 万吨左右，其中 72%的硫酸用于磷肥生产，而我 国近 50%的硫酸生产原料来源于硫磺，即我国硫资源的进口 依存度在 50%以上。随着全球能（资）源的紧张及海运费的 增长，硫磺价格在短期内不会有多大的变化，近一年来硫磺 价格持续走高更是足以说明这一点，合理开发、利用硫资源 成为一个严肃的话题。 3、实现磷石膏的综合利用是切实符合我国国情的举措 、 每生产一吨磷铵产品，约产生 2.5 吨的工业废渣磷石膏。 磷石膏的主要成份为 CaSO4,是生产硫酸的重要原料。 磷石膏 资源综合利用已纳入国家“十一五”期间四大环保治理重点 项目之一。通过磷石膏的综合利用，即解决了磷铵生产过程 中产生的废渣——磷石膏的堆存、占地、污染问题，又合理 利用了资源，缓解了我国硫资源短缺的矛盾，化害为利、变 废为宝，确保我国磷铵行业又好又快可持续发展，符合国家 循环经济产业政策要求，是集经济效益、社会效益、环保效 益于一体的好项目。 二、技术来源 1、企业简介 、 唐山黎河实业有限公司前身为遵化市化肥厂，始建于 1973 年，原为 2 万吨/年合成氨厂，于 91 年建成 3 万吨/年磷 铵装置，经过技术改进，现磷铵产能已达到 8 万吨、NPK 复 合

肥 30 万吨、硫酸 10 万吨、水泥 20 万吨、磷精粉 15 万吨，
公司机械厂可为用户配套生产铁选矿用矿山机械，水泥设备 及电除尘、布袋除尘等环保设备，公司 97 年建成投产的磷 石膏制硫酸联产水泥工程开车运转 10 年，经多次技术改进， 吸取成功经验，运转稳定、为公司创造了巨大的经济效益。 2、技术来源 、 德国 1916 年开始试验石膏制酸工艺，1960 年建成以 天然石膏为原料制硫酸联产水泥生产线， 1967 年开始研究 磷石膏制硫酸联产水泥工艺，1970 年投入工业化生产。规 模较大的磷石膏制硫酸联产水泥工厂只有奥地利的林茨 公司与南非化学工业公司。 我国 1964 年开始石膏制酸联产水泥工艺的国外考察， 1988 年在鲁北化工总厂建设磷石膏制硫酸联产水泥工程， 1990 年 11 月投产，1991 年 10 月通过考核、验收。本厂工 艺为“八.五”期间原化工部批准的扩大示范装置，并对该 工艺进行了大胆改进，窑尾采用高压静电除尘器收尘，窑头 采用了喷烧硫磺技术， 并经过专家鉴定， 经过多年研究总结， 该制酸工程赢得专利多项、论文数篇，是值的借鉴、学习的 好项目。 三、技术路线 本工艺主要原料为磷石膏，生产方法如下： 1、工艺流程 磷石膏（二水石膏）经烘干机脱水成半水石膏，用皮带
秤配入一定量的沙土、粘土、焦炭面制成生料，经均化、计 量后送入回转窑高温煅烧，得水泥熟料，熟料用失重秤配入 一定量的水渣、粉煤灰等混合材，经球磨机粉磨成水泥，均 化、包装后出厂。窑气经重力除尘、电除尘、文氏管—泡沫 塔—电除雾器净化、干燥，进转化系统，其中的 SO2 在催化 剂的作用下转化成 SO3，SO3 经吸收后得硫酸，尾气氨中和后 放空。流程如下：
放空 硫酸
氨水
氨中和
亚硫酸铵
硫酸铵
尾气
去磷铵 硫酸 吸收 转化
SO2
净化
磷石膏 沙 土
烘干
窑气
生 料 配 料 生料均化 回转窑 烟煤、硫磺
焦碳面
熟料
水
渣
成品包装
水泥均化倒库
水泥磨
水 泥 配 料
粉煤灰
石
膏
2、生产原理 （1）磷石膏烘干：磷石膏在回转干燥机中与高温热烟
气换热，脱除物理水及部分结晶水，生成半水石膏： 2CaSO4 2H2O=2CaSO4 1/2H2O+3H2O （2）生料分解： 生料在中空回转窑中逐渐预热，脱除 水分， 900℃—1300℃下， 在 焦炭中的炭与 CaSO4 发生还原反 应，原理如下： CaSO4+2C=CaS+2CO2↑ CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑ 总反应为： 2CaSO4+C=2CaO+2SO2↑+CO2↑ （3）熟料烧成：分解后的物料进入回转窑烧成带，在 1250℃—1450℃下 CaO 与 SiO2、 2O3、 2O3 等发生矿化反应， Al Fe 生成硅酸

二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等即为水 泥熟料： 2CaO+SiO2=2CaO.SiO2 3CaO+SiO2=3CaO.SiO2 CaO+Al2O3=3CaO.Al2O3 （简写为 C2S） （简写为 C3S） （简写为 C3A）
. .
CaO+Al2O3+Fe2O3=4CaO.Al2O3.Fe2O（简写为 C4AF） 3、关键技术及创新点 随着全球可持续发展理念的日益高涨，我国的节能减排 工作也成为工业项目的重中之重。早在 1996 年建磷石膏制 酸工程的过程中，我们就率先考虑到了这个有利当代造福子 孙的项目，必须要有严格的减排要求，所以我们在没有工业
性试验的条件下，把磷石膏烘干由水除尘器改成了静电除尘 器，在没有任何使用厂家和技术资料的情况下安装了窑尾静 电除尘器， 并自主研发了 《窄板深沟双刺静电除尘器》 《极 和 板成形机》两项专利，制作安装完成后一次试车成功，当时 的除尘效率达到 99.98%。 也许有人会问，为什么必须要用静电除尘器呢？回答是 肯定的。下面我们再做一下具体的解释： ⑴、烘干电尘的必要性。 首先，从磷石膏特性考虑，石膏的水份含量大，又有结 晶水存在，所以排放气体中水份很大，温度又偏高，不适合 用布袋除尘，容易造成糊袋使生产无法正常，维修费用大。 其次，从减少二次污染及节约资源方面考虑，不用袋尘 也可以用湿法除尘，当年的鲁西化工厂及银山化工厂等都是 采用的这种方式，可是这种方法消耗了大量珍贵的水资源。 同时又产生了大量的污水，污水还要进行净化处理，其难度 也是很大，也很容易造成二次污染，即对地下水和地表水的 污染。所以只有应用静电除尘才能使以上问题一次得到解 决。 ⑵、窑尾电尘的必要性。 首先， 从窑尾的工艺条件考虑， 窑尾的气体温度在 500℃ 以上，有时高达 570℃~580℃，这种温度下布袋除尘可想而 知是不可能的，而由于气体中 SO2 的存在，气温稍稍偏低就
会结露。由于前面的沉降、旋风等都属于除尘效率很低的初 级除尘，后边如果用水除尘也会产生大量的污水和污泥，造 成后续工段的污水和污泥处理负荷更大，消耗也更大。 其次，从硫酸净化和整体工程考虑，布袋除尘不能用， 其它的除尘方式除尘效率又达不到要求，实现不了净化工段 的封闭酸洗，所以只有静电除尘能够胜任此项工作。 然而，窑尾的工况条件太恶劣了，高温、含酸气体、高 温下结露、热膨胀量大等情况，都对静除尘的长周期稳定运 转够成威胁。我们通过多年的不懈努力，通过独到的设计， 制造出石膏烘干及窑尾除尘专用静电除尘器，把问题一一解 决了，确保了静电除尘的长周期稳定运转，确保了石膏制酸 工程中的污水零排放，为工程的放大、延伸、可

持续的发展 奠定了良好的技术基础。 四、主要经济指标 本项目 97 年 10 月投产，98 年 5 月达到设计能力，年 产 93%硫酸 60000 吨，水泥 10 万吨，改造后水泥产量达 20 万吨。 生产成本： 本工艺每吨硫酸副产熟料一吨， 总投资按 6500 万元计， 吨硫酸、吨熟料成本如下：
名称
单位
消耗定额
单价（元）
成本（元） 备
注
原辅材料 磷石膏 焦碳面 沙 土 吨 吨 吨 吨 吨 吨 2.89 0.18 0.15 0.2 0.30 0.008 10 560 13 300 520 2200 28.9 100.8 1.95 60 156 17.6 5.0 KW 200 0.35 70 30 20 年折 7% 制造费的 8% 75.83 39.22 605.3 制造费 490.25
烘干烟煤 烧成烟煤 液 触 动 工 维修费 折旧费 管理费 合 计 氨 媒 力 资

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